Cca Sps 2013

75
Contenidos Claves de la Asignatura SISTEMAS DE PROPULSIÓN ALTERNATIVOS CONCEPTOS DE PAR Y POTENCIA Par: Es el producto de una fuerza por la distancia donde se aplica dicha fuerza, esto también se denomina momento, par, trabajo mecánico, torque. Par=F x d Unidad de medida de torque: Nm (Sistema internacional). Otras unidades conocidas in lb, ft lb, kgf m, din cm, En un eje de rotación, el trabajo es realizado por el torque. El torque es una fuerza que tiende a provocar una rotación, y el eje está rotando. La fuerza está dando vueltas y vueltas, y también el eje, por lo que si el eje se “desenrollara", sería una fuerza que viaja a lo largo de una distancia, que es el trabajo. En un eje de rotación, el torque (par) esta “haciendo” el trabajo Potencia: Es el trabajo mecánico realizado en un periodo de tiempo Unidad inicial: PS (Pferdestärke) Levantar 75kg a 1m de altura en 1 segundo 1 PS = 0.9858 HP

Transcript of Cca Sps 2013

Page 1: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

SISTEMAS DE PROPULSIÓN ALTERNATIVOS

CONCEPTOS DE PAR Y POTENCIA

• Par: Es el producto de una fuerza por la distancia donde se aplica dicha fuerza, esto también se denomina momento, par, trabajo mecánico, torque.

Par=F x dUnidad de medida de torque: Nm (Sistema internacional).Otras unidades conocidasin lb, ft lb, kgf m, din cm,

En un eje de rotación, el trabajo es realizado por el torque. El torque es una fuerza que tiende a provocar una rotación, y el eje está rotando. La fuerza está dando vueltas y vueltas, y también el eje, por lo que si el eje se “desenrollara", sería una fuerza que viaja a lo largo de una distancia, que es el trabajo.En un eje de rotación, el torque (par) esta “haciendo” el trabajo

Potencia: Es el trabajo mecánico realizado en un periodo de tiempoUnidad inicial: PS (Pferdestärke)

• Levantar 75kg a 1m de altura en 1 segundo1 PS = 0.9858 HP

• 1 HP es igual a levantar 1 libra a 550 pies de altura en 1 segundo P= Trabajo/tiempoUnidades: W (vatio) (Sistema internacional)

HP (Caballos de fuerza (745,4W) CV (Caballos de vapor (735,4W)

Page 2: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• A un determinado régimen de revoluciones del motor se alcanza la mayor presión de combustión y, por lo tanto, el torque máximo. En este punto resultan óptimos el intercambio de gases, la formación de mezcla y la combustión. Este es el valor numérico que se especifica en los datos técnicos del vehículo junto con el respectivo número de revoluciones. Por ejemplo: 310 Newton/metro a 2.500 rpm. Sin embargo, si el número de revoluciones sigue aumentando, vuelve a disminuir el torque. Esto se debe a que ya no hay suficiente tiempo para crear una presión de combustión elevada en el cilindro; el motor sencillamente gira demasiado rápido.

• La regla de oro es: cuanto más alto sea el torque máximo y más bajo el número de revoluciones del motor al que se alcanza, tanta más fuerza de empuje tendrá el auto . El motor se comporta más “elástico”, pudiéndose concluir que el torque es más importante para el desplazamiento del vehículo que la potencia.

• Potencia:Depende del torque multiplicado por el número de revoluciones en que gira el motor (P = T x rpm). La potencia es trabajo mecánico que incorpora en su valor el parámetro tiempo. Es decir, la potencia se expresa con un número que cuantifica el trabajo efectuado durante un lapso de tiempo. Mientras más rápido se realiza el trabajo la potencia que se desarrolla es mayor.(HP) (KW) “1kW = 1,34 hp”

Relación torque y potencia

En una pendiente la velocidad y el número de revoluciones disminuyen y, a su vez, el rendimiento del motor.

Si no sigue bajando el número de revoluciones se puede vencer la pendiente sin necesidad de cambiar la velocidad. Sólo cuando el número de revoluciones está por debajo del torque máximo es que se debe cambiar la velocidad para poder alcanzar de nuevo el rango de rendimiento óptimo del motor y obtener los mejores valores de consumo.

Tan importante como tener un torque elevado a bajas revoluciones es el desarrollo del torque. Esto quiere decir, durante cuánto tiempo se mantiene el torque elevado dependiendo de las revoluciones. Esto está representado en la curva de potencia y torque.

Page 3: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido o el de inyección, un motor tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente al arrancar. Este efecto se conoce como “motor plano”

Cuanto más alto sea el torque máximo y más bajo el número de revoluciones del motor al que se alcanza, tanta más fuerza de empuje tendrá el auto. El motor se comporta más “elástico”, pudiéndose concluir que el torque es más importante para el desplazamiento del vehículo que la potencia.

El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar

La primera ley que se debe conocer si se va a comenzar a preparar un motor de un vehículo, es que "antes de comenzar a trabajar con las herramientas, es necesario trabajar con la cabeza".

Antes de lanzarse a hacer cualquier tipo de modificación, se debe conocer muy bien el motor que se va a tratar, técnica y prácticamente.Se debe conocer su cilindrada total efectiva, curvas de potencia y torque, diámetros de carburador y difusores, medidas de sus surtidores (ciclérs), diámetros de colectores de escape y admisión, regímenes de giro, y un sin fin de datos que más adelante nos servirán para muchas fórmulas.Cuando se tengan estos datos, pasamos a decidir que tipo de preparación queremos y para qué fin lo estamos pensando.No debemos olvidar que sobre la tapa del libro de cualquier mecánico preparador, está escrito esto: La potencia de un motor puede ser incrementada en la medida que pueda ser incrementado su consumo de aire.

Quiero dejar en claro, que todo lo que se leerá más adelante, es fruto de muchas horas de estudio con libros, de muchas horas de taller, y de muchas horas de amigos.Aparte de esto presupongo al lector algún conocimiento de mecánica y algo de matemáticas.

Page 4: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Aclarado esto nos vamos a adentrar en el mundo de la preparación de motores.

A todos nos gustaría que el motor, no sufra desgastes, o que no tenga que soportar leyes gravitacionales o físicas, ya que de esta manera podríamos mejorar mucho las condiciones de giro y potencia de un motor.

En los años sesenta cuando la NSU alemana creo el motor Wankel rotativo, creímos ver la muerte del motor con pistones, pero no fue así, el Wankel se desvaneció más allá de su excelente desempeño y su formidable durabilidad.Uno de los problemas de los motores con pistón, es justamente, la velocidad de éste, ya que tiene un techo que no se puede superar, ojalá pudiésemos dar lugar a 25000 o 30000 RPM, pero esto no es posible.Un motor subcuadrado, tiene más carrera que diámetro, cosa que no nos beneficia a altas RPM por la velocidad de pistón. Ocurre lo contrario con el supercuadrado.También podemos saber si es supercuadrado cuando la división de la Carrera sobre el Diámetro, es menor a la unidad. Saquemos la calculadora del cajón:

Esto es: C=<1DC = Carrera en milímetros.D = Diámetro de pistón en milímetros.

Por ejemplo un motor de un BMW 320, 6 cilindros tiene una Carrera de 66 m/m, y un Diámetro de 80 m/m y esta división nos da: 0,825 es un motor supercuadrado, porque es menor a 1.Un motor supercuadrado, tiene un pistón ancho, espacio más grande en la cámara de combustión para válvulas de mayor tamaño, un excelente lugar para la ubicación de la bujía en la cámara, y reducción de la Carrera del pistón dando lugar a velocidades de pistón más pequeñas.

Por esto más durabilidad del mismo.Pero como se halla la velocidad de un pistón a la máxima potencia?Vc= n x C x 2 = en metros por segundo60 x 100Vc = Velocidad de pistónn = Numero de RPMC= Carrera de pistón en milímetros2, 60, y 100= son números constantes.

Volviendo al motor de BMW 320, Vc = 5800RPM x 66m/m x 2 = 12,76 metros por segundo.60 x 100

Podemos probar de calcular a la cantidad de RPM que nuestro motor nos permita girar, por supuesto, que no dejando de lado, la curva de torque, ya que si se supera la curva se pierde potencia.

Un pistón puede soportar velocidades muy superiores a 12,76 m/s, casi hasta 17 m/s, pero no de modo continuo, sino en un pico de RPM, entre cambios o un rebaje.Las velocidades en que el pistón viaja cómodo, son entre 11 y 15 m/s de ahí hacia arriba las leyes

Page 5: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

gravitacionales y físicas nos juegan una mala pasada y nuestro motor preparado nos va a durar muy poco.Así que podemos bajar de peso volante, pistones y bielas, pero nunca dejemos que las RPM de nuestro motor preparado, nos den resultantes de más de 16 m/s de velocidad de pistón.

Sabremos ahora donde poner la zona ROJA del cuentavueltas de nuestro motor preparado.

Velocidad media del pistón

Velocidad media del pistón: Si por cada vuelta que da el cigüeñal del motor, el pistón recorre una distancia que es igual a dos veces la carrera, se puede calcular su velocidad media, expresada en metros por cada segundo, multiplicando el doble de la carrera en milímetros por el régimen de giro y dividiendo por 60.000 para pasar a las unidades correctas. Es un dato importante, pues las fuerzas alternas de inercia que provocan esfuerzos mecánicos en el motor dependen de la velocidad media del pistón y de la cilindrada unitaria. En un motor convencional la velocidad media del pistón suele estar entre 10 y 20 m/s.

V= Carrerax2xRPM 60.000

• Diagramas P-V (Motor Otto)

Page 6: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Combustión

La combustión es el conjunto de procesos físico-químicos por los cuales se libera controladamente parte de la energía interna del combustible. Una parte de esa energía se va a manifestar en forma de calor

λR > 1 indica que la mezcla es pobre, con exceso de aireλR < 1 indica que la mezcla es rica

Page 7: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Propagación de la llama en un motor otto

• Fase inicial: Llama turbulenta de la bujía, la velocidad es baja y depende de las propiedadesfísico – químicas de la mezcla.

• Fase Principal: La llama se propaga por toda la cámara de combustión. La velocidad de propagación depende de la intensidad de la turbulencia.

Cuando la llama llega a las paredes, como hay menos turbulencia, la velocidad disminuye.

• Fase residual: Se quema la mezcla detrás del frente de llama. La presión ya no crece y hay transmisión de calor a las paredes. La velocidad de la combustión en las paredes y detrás del frente de la llama es lenta.

Alcanza temperaturas alrededor de 650 (ºC)

Page 8: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Velocidad de la llama

Observando el fenómeno desde fuera, lo que se ve es un frente de llama que va avanzando por la cámara, haciendo que reaccione la mezcla.Si la temperatura de los gases aún sin reaccionar llega a ser muy alta, es posible que ellos solos entren en ignición, sin necesidad de que llegue el frente de llama. En ese caso se produce lo que llamamos detonación o que también se conoce como picado de biela. Velocidad normal de 15 a 30 m/s. autoencendido 300 a 500 m/s. El frente de llama se expande hacia la mezcla con una velocidad en continuo aumento.La velocidad de la llama depende de:

Naturaleza calidad del combustible. Forma de la cámara de combustión.Relación aire-combustible.Presión y de la temperatura inicial de combustión.

Combustión en un motor diesel

• La precombustion libera bastante energía en poco tiempo aumentando la temperatura y presión bastante brusca.

• Existen en la cámara gotas líquidas de combustible, rodeadas de aire y gas residual de la combustión de premezcla a alta temperatura.

• Es la segunda fase de la combustión e el motor Diesel. Es una combustión mucho más lenta, y está gobernada por la tasa de inyección que se tiene, la tasa de vaporización de las gotas y la facilidad con que el vapor encuentre oxígeno.

COMBUSTIBLES

• PETRÓLEO– El petróleo es un líquido aceitoso, viscoso e inflamable, constituido por una mezcla de

hidrocarburos, que, de forma natural, se encuentra en determinadas formaciones geológicas.

– La teoría más aceptada sobre su formación afirma que es el producto de la degradación, a través de grandes presiones y temperaturas, de materia orgánica procedente de restos de animales y plantas.

• El petróleo es una mezcla de hidrocarburos líquido en los que están disueltos otros hidrocarburos se encuentran alcanos, lineales y ramificados, de hasta C40, acompañados de cierta cantidad de cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos.

• Los hidrocarburos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. La composición media del petróleo sería 85%C, 12%H y 3% S+O+N, además de varios elementos metálicos. La composición de los crudos varía dependiendo del lugar donde se han formado. Las diferencias entre unos y otros se deben, a las distintas proporciones de las diferentes

Page 9: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

fracciones de hidrocarburos, y a la variación en la concentración de azufre, nitrógeno y metales.

• Número de cetano: Representa un índice de la capacidad de inflamación del combustible. Se define

como el porcentaje en volumen de cetano (una parafina a la que se asigna grado 100) en una mezcla con alfa-metilnaftalina que ofrece el mismo retraso de encendido que el combustible en cuestión. Cuanto más alto sea el número de cetano, más bajo es el retraso de encendido, lo que beneficia el rendimiento del motor.

Emisiones contaminantes

• VEHÍCULOS MOTORIZADOS Y FIJA LOS PROCEDIMIENTOS PARA SU CONTROL • (Publicado en el Diario Oficial de 29 de Enero de 1994) • Modificaciones incorporadas : D.S: 27/97; D.S. 16/1998(MSGP); D.S. 70/99; D.S. 131/2001; D.S.

61/2002: D.S. 58/2003(MSGP) • Núm. 4.- Santiago, 7 de enero de 1994.- • Visto: Lo dispuesto en el artículo 95 de la ley Nº 18.290, de Tránsito; en el artículo 3º de la ley

Nº 18.696; y en el artículo 32 Nº 8 de la Constitución Política de la República de Chile;

Monóxido de carbono (CO) e Hidrocarburos (HC) :

• Años de uso del vehículo % Máximo de CO • (en volumen) Contenido máximo de HC en partes por millón (p.p.m.); sólo motores de 4

tiempos : (CO) (HC)

• 13 y más 4,5 800 • 12 a 7 4,0 500 • 6 y menos 4,0 300

• Humo visible; sólo motores de 4 tiempos: Se permitirá solamente la emisión de vapor de agua.

Artículo 2º.- Las mediciones instrumentales de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) a que se refiere el artículo anterior, se efectuarán con el vehículo detenido, motor funcionando a régimen normal de temperatura, debiéndose tomar mediciones en ralentí y en un modo de alta velocidad (2.500 + 300 revoluciones por minuto).Humo visible: Vehículos motor de encendido por chispa y de 4 tiempos (11) (ciclo Otto): No se permitirá la emisión de humo visible por el tubo de escape, excepto vapor de agua.

• Ensayo de aceleración libre: Se efectuará con el vehículo con su transmisión en neutro, las ruedas acuñadas o frenadas para evitar cualquier desplazamiento del vehículo, y el motor funcionando a régimen normal de temperatura (aproximadamente 80 ºC), sin acelerar (en ralentí). A partir de dicha condición, se presionará rápidamente el acelerador desde el

Page 10: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

ralentí a la posición de máxima potencia, manteniendo el pedal del acelerador en esa posición por no más de 10 segundos o hasta que el motor alcance su máxima velocidad gobernada, para después liberar el pedal de tal modo que el motor se desacelere hasta llegar al ralentí; esta operación se hará dos veces, para liberar de residuos el tubo de escape. Luego, se repetirá el proceso de aceleración, ahora en fase de medición, por dos o más veces, con un máximo de cinco, hasta que dos mediciones consecutivas no difieran en más de 3 unidades de opacidad (%), siendo la medición en el ensayo la mayor de las dos mediciones consecutivas que cumplan con la condición de no diferir en más de tres unidades de opacidad (%) antes indicada. En el caso que en el máximo de cinco mediciones, no se obtengan dos mediciones consecutivas que cumplan con la condición antes señalada, se entenderá que el vehículo no cumple con la norma de emisión.

• Los compuestos emitidos al medio ambiente durante la combustión del diesel son:Monóxido de carbono, Óxidos de nitrógeno. Hidrocarburos, Monóxido de azufre, Hollín.

• Humo visible (motores Diesel): • b.1) Índice de Ennegrecimiento: Método reflectométrico para medir el ennegrecimiento de

un filtro de papel especial a través del cual se debe aspirar 330 cc de gases de escape por medio de una bomba colectora de gas.

b.2) Opacidad: Método consistente en medir la absorción y dispersión de luz por el flujo total de gases de escape mediante una fuente luminosa y un sensor fotoeléctrico.

SOBREALIMENTACIÓN

La sobrealimentación consiste en aumentar la masa de aire (diésel) o de mezcla aire/gasolina (motor de gasolina) que entra al cilindro en la fase de admisión, aumentando su presión en el motor de combustión interna alternativo, para aumentar la fuerza de la carrera de trabajo, es decir el par motor en cada revolución y por tanto la potencia. Los sistemas de sobrealimentación se inventaron a principios del siglo XX, pero en su momento solo apareció un uso práctico en los motores de aviación, con objeto de poder compensar la pérdida de densidad del aire con la altura.

La presión que ejerce un sobrealimentador se mide en bar o en lb/pulgada cuadrada (psi). Una presión de 1 bar significa que dentro de la admisión hay una presión equivalente a la presión atmosférica. Un motor de automóvil puede llegar a tener una presión de 2 bar, o sea el doble que la presión atmosférica.

El funcionamiento del turbo se basa en una pequeña turbina compresora metida dentro de una caracola, unida por un eje a una turbina de empuje, que es impulsada por los gases de escape. El turbo gira a altas Rpm y para evitar la fricción y desgaste de sus componentes, su montaje se realiza en flotación de aceite, es decir, la bomba de aceite envía el caudal suficiente como para mantener en flotación el eje del turbo para evitar su desgaste y gripado del mismo. Todos los motores turbo alimentados llevan instalado un refrigerador de aceite, ya sea un radiador de aceite o un

Page 11: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

intercambiador de temperatura aceite-refrigerante, ya que el aceite al paso por el eje del turbo se expone a altísimas temperaturas.

Compresor Comprex

El comprex aprovecha las ventajas del turbocompresor y del compresor volumétrico para hacer una máquina más eficaz en un principio, aunque luego veremos que también tiene sus inconvenientes. Transfiere la energía entre los gases de escape y el aire de alimentación por medio de unas "ondas de presión" generadas entre las finas paredes radiales de un tambor, que gira gracias a una conexión directa con el cigüeñal. Combina por lo tanto el funcionamiento de un turbocompresor el aprovecharse de la energía de los gases de escape del motor, si bien el accionamiento de su rotor solo requiere una parte muy pequeña de potencia del motor para el mantenimiento del proceso de las "ondas de presión". Este tipo de compresor funciona muy bien en los motores Diesel, pero presenta desventajas como su complejidad mecánica, funcionamiento ruidoso y costes de fabricación.

El rodete celular del comprex es accionado por el cigüeñal del motor a través de correas trapezoidales Para reducir el ruido, las ranuras del rodete son de distintos tamaños. El rotor gira dentro de un cuerpo cilíndrico, en cuya cara frontal desembocan los conductos de aire y de gases de escape, y además de entrada de aire a baja presión y el aire a alta presión por un lado, y el gas de escape a alta presión y la salida de gas a baja presión por el otro lado. El rodete lleva cojinetes flotantes. Los cojinetes se encuentran en el lado del aire. Está conectado al circuito del aire del motor.

El comprex resulta de tamaño bastante grande, y es accionado por el cigüeñal a través de una correa. Esto hace que la ubicación del comprex en el motor sea muy difícil. Otra desventaja de este sistema de sobrealimentación es que su precio es dos o tres veces mayor que el de un turbocompresor equivalente. También presenta un silbido agudo durante las aceleraciones que lo hace molesto. El contacto de los gases de escape con el aire de admisión provoca que aumente la temperatura del aire que entra en los cilindros por lo que baja el rendimiento del motor.

Page 12: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• Compresores volumétricos o de accionamiento mecánicoAccionados por el cigüeñal mediante piñones o correa, como ejemplo tenemos:

Roots o de lóbulos, el compresor G

Turbocompresores

• Tiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor está colocado en la entrada del colector de admisión.

• El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades por encima de las 100.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde apoya el eje común de los rodetes de la turbina y el compresor. También hay que saber que las temperaturas a las que se va a estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a ser muy elevadas (alrededor de 750 ºC).

Page 13: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Ciclos de funcionamiento del Turbo

Funcionamiento a ralentí y carga parcial inferior: El rodete de la turbina es impulsada a baja energía por los gases de escape “simple aspiración del motor”Funcionamiento a carga parcial media: Cuando la presión en el colector de aspiración se acerca la atmosférica, se eleva las rpm de la turbina por lo que el aire aspirado es precomprimido y conducido hacia los cilindros bajo presión atmosférica o ligeramente superior.Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga: El aumento de energía de los gases de escape alcanzara el valor máximo de presión en el colector de admisión que debe ser limitada por un sistema de control (válvula de descarga). La máxima presión que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbos normales y 1,2 en los turbos de geometría variable.

Turbo de geometría variable

Disminuye el tiempo de respuesta y regula la presión en el colector, pero aumenta la temperatura en la turbina

Page 14: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Válvula de descarga

Intercooler

El intercooler es un intercambiador (radiador) aire-aire o aire-agua que se encarga de enfriar el aire comprimido por el turbocompresor o sobrealimentador de un motor de combustión interna.

Normalmente los gases al comprimirse adiabáticamente (sin cesión de calor al entorno) se calientan; se puede ver al hinchar la rueda de una bicicleta que la válvula se calienta. En el caso del turbo los gases salen a una temperatura de unos 90-120°C. Este calentamiento es indeseado, porque los gases al calentarse pierden densidad, con lo que la masa de oxígeno por unidad de volumen disminuye. Esto provoca que la eficiencia volumétrica del motor disminuya y así la potencia del motor disminuye, ya que hay menos oxígeno (masa) para la combustión.

El intercooler rebaja la temperatura del aire de admisión a unos 60 °C, con lo que la ganancia de potencia gracias al intercooler está en torno al 10-15%, respecto a un motor solamente sobrealimentado (sin intercooler).

Page 15: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Lo habitual es que los intercooler sean de aire-aire. Aunque en algunos casos, se tiene la posibilidad de añadir un pequeño chorro de agua que humedece el exterior del intercooler para que al evaporarse se enfríe y aumentar la potencia durante un rato.

En motores que tienen una preparación un tanto más "extrema" se ha experimentado en la "congelación" del intercooler por un corto lapso para ganar potencia extra, esto se puede hacer mediante descargas de CO2 comprimido sobre el mismo.

Ventajas

• Permite aumentar la potencia de un motor existente, sin necesidad de hacer mayores cambios y/o rediseñar un motor existente.

• Utiliza como medio propulsor los gases de escape del motor, lo cual contribuye a rescatar esta energía, y hacer más eficiente el motor en general.

• Agrega poco peso y bulto a un motor, lo cual usualmente permite encajarlo en un vehículo sin modificaciones externas.

Desventajas

• En los turbocompresores existe un retraso, como una respuesta lenta para que turbo comience a funcionar.

• Velocidad mínima del motor. Para que se active un turbo, el motor debe llegar a una velocidad mínima específica, donde influyen la inercia del grupo (su diámetro y peso) y el volumen del colector entre la turbina y la salida de los gases de escape del cilindro.

• Un turbocompresor más pequeño evita la demora en la respuesta, pero ejerce menos fuerza a altas revoluciones.

• Es perjudicial la quema de aceite en un motor en la labor de un turbo.

FALLAS RELACIONADAS CON MALA LUBRICACIÓN:

El aceite tiene un papel vital en la vida el turbocargador, porque tiene la triple función de lubricar, enfriar y limpiar muchas partes más críticas y sujetas a mayores esfuerzos del ensamble.

Aun interrupción momentánea en la alimentación de lubricación de alta calidad, pueden producir resultados desastrosos, principalmente en condiciones de alta velocidad o de carga.

Contaminación abrasiva: la presencia de material abrasivo en el aceite ocasionara el desgasta de las superficies de contacto, más frecuente en las chumaceras de empuje y los diámetros exteriores de los cojinetes de la flecha.

El rayado y el desgaste varían dependiendo del grado y naturaleza del contaminante, del tiempo de operación acumulado con el contaminante presente y de la severidad de operación del motor.

Page 16: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Flujo o presión insuficiente: esencial la cantidad suficiente de aceite fluya a través del turbocargador para asegurar la suspensión y estabilización del sistema de cojinetes de plena flotación y de rotación, así como para acarrear el calor fuera de la unidad de mantenimiento, manteniendo así las temperaturas internas dentro de los limites operables.

El daño más corriente ese el denominado síndrome de retraso de aceite causado por la operación errónea del motor frio arrancado y puesto en marcha de inmediato a una alta velocidad o de máxima carga.

Un flujo de aceite marginal también puede causar daños, siendo los más notable la acumulación marginal de barniz en las superficies internas lo que hace que hace el desarme de la unidad bastante difícil.

Tipo inadecuado de aceite o cambio incorrecto del mismo en los niveles recomendados: esto ocasiona la formación de barnices en la superficie interna del turbocargador usualmente se encuentra en forma más importante en el extremo de la turbina de la unidad porque en esa área la temperatura existente mayor resulta en una perdida más acelerada de los componentes volátiles del aceite.

Esta forma de barniz ocasiona el tapado del anillo de sello en forma eventual así como su desgaste, y solamente puede ser corregido desarmando totalmente y remplazando el ensamble rotor flecha, proposición muy costosa.

FALLAS RELACIONADAS CON LA ADMISIÓN DE MATERIAS EXTRAÑAS:

Se hace instantáneamente aparente la vulnerabilidad de un turbocargador la primera vez que una partícula de algún tamaño significativo es aspirada ya sea en la sección compresor o de turbina con la unidad de velocidad.

Las fuentes de contaminaciones y los tipos de contaminaciones en la corriente aire y escape son muchas y muy varada, pude ser desde arenas atmosféricas y polvos (a través del compresor) hasta fragmentos de válvulas del motor (a través de la turbina).

Los efectos secundarios de impacto de partículas a altas velocidades a cualquiera de los dos rotores.

Usualmente son visibles a través de la unidad pero tienden a enfocarse en los cojinetes, los que sufren tanto delos giros iniciales y de la condición de operación fuera de balance que es genera.

FALLAS RELACIONADAS CON TEMPERATURAS ALTAS DE ESCAPE O EXCESO DE VELOCIDAD DE LA UNIDAD

El procedimiento utilizado para adaptar un turbocargador a un motor en particular es parte de la tecnología especializada mencionada en la introducción, utilizando un motor real bajo condiciones controlables de cerca.

Las razones para esta medida precautoria final son simples: tratándose de un dispositivo de rotación libre con potencia interna y tremenda, un turbocargador mal adaptado podría fácilmente descontrolarse en velocidad dañando al motor y crean do una amenaza.

Page 17: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

MOTOR WANKEL

Estructura y Funcionamiento del Motor Rotativo

El motor rotativo se compone de una carcasa en forma de capullo y rotor de forma triangular en el interior. El espacio entre el rotor y la pared de la carcasa proporciona las cámaras de combustión interna y la presión de la expansión de los gases sirve para girar el rotor. Con el fin de hacer que el motor rotativo funcione como un motor de combustión interna; los cuatro procesos de admisión, compresión, combustión y escape se llevan a cabo en la en la cámara de combustión dentro de la carcasa.

Supongamos que el rotor triangular fuera colocado concéntricamente dentro de una cubierta circular de verdad. En este caso, la cámara de combustión no variaría en volumen a medida que el rotor gira en el interior. Incluso si la mezcla aire-combustible se encendiera allí, la presión de la expansión del gas de combustión no haría más que trabajar hacia el centro del rotor y no daría lugar a la rotación. Por eso la periferia interior de la carcasa se contornea como una forma curveada llamada trocoide y el rotor gira instalado en un eje excéntrico.

La cámara de combustión cambia de volumen dos veces por revolución, por lo que los 4 tiempos del motor de combustión interna pueden ser realizados.

Componentes

Page 18: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Con el motor rotativo Wankel, los picos del rotor siguen el contorno oval de la periferia interior de la carcasa del motor, mientras que permanecen en contacto con el engranaje en el eje de salida que está también en órbita excéntrica alrededor del punto central de la carcasa del motor.

Un mecanismo de engranaje fase dicta la órbita del rotor triangular. El engranaje de fase consiste en un engranaje de dientes en el interior del rotor y un engrana exterior de dientes fijos en un eje excéntrico. Si el engrane del rotor iban a tener 30 dientes en su interior, el engranaje del eje que tiene 20 dientes en su perímetro por lo que la relación de transmisión es de 3:2. Debido a esta relación de transmisión, la tasa de velocidad de giro entre el rotor y el eje se define como 1:3.

El rotor tiene un período de rotación más largo que el eje excéntrico. El rotor gira una vuelta, mientras que el eje excéntrico gira tres vueltas. Con el motor funcionando a 3000 rpm, el rotor girará a 1000rpm.

El espacio interior de la carcasa (o la cámara de trocoide) está siempre dividida en tres cámaras de combustión. Debido al giro del rotor, las tres cámaras de trabajo están siempre en movimiento para realizar los cuatro tiempos: admisión, compresión, ignición (combustión) y escape dentro de la carcasa. Cada proceso se lleva a cabo en un lugar diferente en la cámara trocoide. Esto es significativamente diferente de la del motor de pistón, donde los cuatro procesos se llevan a cabo dentro de cada cilindro fijo.

El volumen de desplazamiento del motor rotativo se expresa generalmente por el volumen de la cámara por el número de rotores. Por ejemplo, con el modelo 13, motor rotativo de dos rotores, el volumen de desplazamiento se muestra como "654cc X 2".

Page 19: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

El volumen de la cámara representa la diferencia entre el volumen máximo y el volumen mínimo de una cámara de combustión, mientras que la relación de compresión se define como el cociente entre el volumen máximo y el mínimo volumen. Las definiciones que se utilizan son las mismas para el motor de pistón. En la siguiente figura, se comparan los cambios del volumen de la cámara de combustión del motor rotativo y el motor de pistones. Aunque, en ambos motores, el volumen de la cámara de combustión varía suavemente en una forma de onda, hay dos diferencias distintivas entre los dos motores. Una diferencia es el ángulo de giro por proceso. El motor de pistón gira 180 grados, mientras que el motor rotativo gira 270 grados, una vez y media lo del motor de pistón. En otras palabras, en el motor de pistón, el cigüeñal (eje de salida) hace dos vueltas (720 grados) durante los cuatro procesos, mientras que en el motor rotativo, el eje excéntrico (eje de salida) hace tres vueltas (1080 grados), mientras que el rotor hace una vuelta. De esta manera, el motor rotativo tiene un proceso más tardado, lo que produce un torque con menor fluctuación y por lo tanto un funcionamiento más suave. Además, incluso a alta velocidad, la velocidad del rotor es comparativamente más lenta, por lo tanto, los tiempos de la admisión y el escape son más largos, lo que facilita el desarrollo de todo el proceso y se logra un mejor rendimiento.

Características únicas del motor rotativo

(1) Tamaño pequeño y ligero El motor rotativo tiene varias ventajas, pero las más importante es que se reducen el tamaño y el peso. Cuando un motor rotativo se considera equivalente a un motor de seis cilindros en línea, en nivel de ruido y suavidad de funcionamiento, el motor rotativo puede ser dos tercios del peso y tamaño, y lograr el mismo nivel de potencia y torque. Esta ventaja es muy atractiva para los diseñadores de automóviles, especialmente a la luz de las tendencias actuales con requisitos más estrictos en la resistencia al impacto (seguridad en choques), la aerodinámica, la distribución del peso y la utilización del espacio, poniendo el motor rotativo en el centro de atención una vez más.

Características de par constanteEl motor rotativo tiene una curva de par bastante constante en todo el rango de velocidades y de acuerdo a los resultados de la investigación, las fluctuaciones de par durante la operación están en el mismo nivel que un motor de seis cilindros en línea, incluso con el diseño de dos rotores, y un diseño de tres rotores es más suave que un motor V8.

Menos vibración y menores niveles de ruido Con el motor de pistones, el movimiento del pistón es en sí una fuente de vibración, mientras que el mecanismo de válvulas genera ruidos no deseados. Los movimientos suaves del motor rotativo generan vibraciones considerablemente menores y la ausencia de un mecanismo de válvulas, contribuye a un funcionamiento más suave y silencioso.

Estructura simpleA medida que el motor rotativo convierte la presión de la expansión de la mezcla aire-combustible quemada directamente en fuerza de giro del rotor triangular y del eje excéntrico; no hay necesidad de bielas. La admisión y escape se abren y cierran por el movimiento del rotor en sí, por lo tanto

Page 20: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

tampoco hay necesidad del mecanismo de válvulas que incluye la correa o cadena de distribución, el árbol de levas, los balancines, las válvulas, los resortes de válvula, etc. Por lo tanto se puede construir un motor rotatorio con menos piezas.

Confiabilidad y Durabilidad Como se mencionó antes, el rotor gira en un tercio de la velocidad del motor. Por lo tanto, cuando el motor rotativo gira a velocidades de 7000 o 8000 rpm, el rotor está girando una tercera parte de este coeficiente. Además, puesto que el motor rotativo no tiene balancines y bielas, es más confiable y duradero en condiciones de alta demanda.

Ventajas

• Menos piezas móviles: solo 4 piezas; bloque, rotor (que a su vez está formado por segmentos y regletas), árbol motriz y sistema de refrigeración/engrase (similar a los que montan los motores de pistón). Esto redunda en una mayor fiabilidad.

• Suavidad de marcha: todos los componentes de un motor rotativo giran en el mismo sentido. Están equilibrados internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibración.

• Menor velocidad de rotación: dado que los rotores giran a 1/3 de la velocidad del eje, dado que cada etapa de combustión dura 90° de giro del rotor y a su vez como cada vuelta del rotor representa 3 vueltas del eje, cada combustión dura 270° de giro del eje, es decir, 3/4 de cada vuelta; compárenlo con un motor monocilíndrico, donde cada combustión transcurre durante 180° de cada 2 revoluciones, o sea 1/4 de cada vuelta del cigüeñal. Se produce una combustión cada 120º del rotor y 360º del eje.

• Menores vibraciones: solo las pequeñas vibraciones en la excéntrica se ven manifestadas • Menor peso.

Desventajas

• Emisiones: es complicado ajustarse a las normas de emisiones.• Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta costoso • Difícil estanqueidad: Difícil aislar las 3 secciones del cilindro en rotación, que deben ser

impermeables unas de otras para un buen funcionamiento. • Consumo: la eficiencia termodinámica (relación consumo-potencia) se ve reducida por la

forma alargada de las cámaras de combustión y de una disminuida RC• Sincronización: Evitar que la explosión de la mezcla se inicie antes de que el pistón rotativo se

encuentre en la posición adecuada. • Emisiones contaminantes: CO2 y Nox.

Page 21: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

MOTORES A HIDRÓGENO E HIDROESTÁTICO

Los motores de hidrógeno son el futuro del mundo del automóvil. Ni diesel ni gasolina, si queremos utilizar coches más ecológicos y disminuir de manera drástica las emisiones de Co2, tan perjudiciales para la atmósfera, tendremos que decantarnos por ellos.

Debemos tener presente que el hidrógeno posee más potencia que cualquier otro combustible, además se presupone que no contaminar en absoluto, pues únicamente libera vapor de agua en su combustión. En contra de esta afirmación el Massachusetts Institute of Tecnology (MIT) ha elaborado un estudio en el que afirma que los coches de hidrógeno serán más contaminantes que los híbridos hasta 2020.

Según el estudio, convertir gas natural o gasolina en hidrógeno para lograr que funcionen estos motores de hidrógeno, representa un mayor consumo de energía que los motores mixtos de electricidad y combustión para los coches híbridos.

Sin embargo, después de 2020 los motores de hidrógeno cogerán el testigo y desde la MIT aseguran que “si en un plazo de 30 o 50 años se requieren vehículos con emisiones de gases de efecto invernadero significativamente más bajas, el hidrógeno es la única opción potente identificada hasta ahora”.

La gran mayoría de fabricantes están desarrollando modelos con motores de hidrógeno en su interior. Todos estos motores de hidrógeno funcionan de la siguiente manera: el motor eléctrico ubicado debajo del capó, recibe la alimentación desde las células de combustible, encargadas de generar la electricidad, al mezclar el hidrógeno del interior del depósito de combustible y el oxígeno del aire. De esta forma, el único residuo que se genera es el de inofensivo vapor de agua.

Los motores de hidrógeno funcionan gracias a una reacción química que se produce, es en ese momento en el que se crea la energía necesaria para poner en funcionamiento el vehículo. El proceso es sencillo, en un motor de hidrógeno se combinan tanto el hidrógeno como el aire que son constantemente introducidos en el motor. Gracias a la combinación de estos, se produce la electricidad necesaria para mover el vehículo y también el agua, que en este caso sería el equivalente a los gases de escape de un vehículo convencional.Como hemos visto, el hidrógeno es una fuente de energía limpia, sostenible y por tanto respetuoso con el medio ambiente, puesto que sus emisiones se reducen a agua, en vez del CO2 de los gases de escape que emiten los motores convencionales de gasolina o diésel.

Page 22: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

El motor de hidrógeno está compuesto de dos partes: Una primera parte sería la formada por las células de combustible o pila de combustible que hacen que se produzca electricidad a partir del hidrógeno, y la segunda parte es el motor eléctrico que hace posible el movimiento del coche. El motor eléctrico es habitual en nuestro entorno, puesto que es usado en multitud de electrodomésticos y todo tipo de accesorios habituales en nuestra vida cotidiana, es decir, que la parte difícil del motor de hidrógeno es la primera de la que os hablábamos, la de las células de combustible.Las células de combustible o también llamadas pilas de combustible el elemento fundamental de un vehículo de hidrógeno, pues se trata del elemento de almacenamiento y transporte de la energía limpia de estos motores que no emiten ningún tipo de residuo ni gas contaminante. Su funcionamiento es bastante parecido al de una batería convencional.

H2O2

H2O

O-

O-

H+

H+

H+

H+

H+

H+

O-

O-

CARGA

2e-2e-

electrolito

Pt

Pd

Pt

Pd

H2

H2

O2

O2

Page 23: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Están formadas por un cátodo y un ánodo, separadas por una membrana central. Es en el momento en que el hidrógeno llega a la membrana cuando se produce una reacción química. Cuando se produce esta reacción química el hidrógeno se divide en electrones cargados negativamente y en iones de hidrógeno con carga positiva. Es entonces cuando los iones positivos se desplazan por la membrana y los electrones también lo hacen, lo que propicia una corriente eléctrica que hace que el motor se mueva. Los iones de hidrógeno al combinarse con el oxígeno acaban por formar el agua que sale por el tubo de escape.

En la actualidad las pilas de combustible tienen una muy buena eficiencia energética, son capaces de obtener 2 kilowatios por litro o kilo de combustible. Esto se ha podido conseguir gracias a la conexión en serie de hasta 200 células simples, que son de 1 voltio cada una, y que transforman las variaciones de presión en variaciones de intensidad de corriente logrando de esta manera que la potencia llegue al rotor.

La tecnología de la pila de combustible ha ido avanzando desde su descubrimiento, pero desde hace varios años los fabricantes de vehículos están apostando por esta tecnología en prototipos, mostrando de esta manera que en un futuro cercano los automóviles dispondrán de una fuente de energía alternativa. Aunque este tipo de motores son aún, pese a los avances realizados, demasiado pesados, debido a la pila de combustible.

El hidrógeno como vector energético. Ventajas

• Principal atractivo: ofrece la posibilidad de un ciclo energético limpio.

• Alta eficiencia en su uso en pilas de combustible. Estas pilas no son máquinas térmicas, por lo que su rendimiento no se limita por el ciclo de Carnot y se puede alcanzar teóricamente el 100%.

• Menor dependencia. Distribución más homogénea en la Tierra.

• Reducción del peligro medioambiental inherente de los combustibles fósiles.

• El rendimiento global de un motor eléctrico movido por pila de combustible es del orden del 72% frente al 25% de los mejores motores térmicos de combustión interna. Las causas son:

• El rendimiento de la pila de combustible no disminuye por el factor entrópico (el proceso se realiza a baja temperatura, unos 40 ºC).

• El rendimiento del motor eléctrico no está afectado por la ecuación de la eficiencia.

El hidrógeno como vector energético. Desventajas

• El hidrógeno no es un recurso natural. Es un portador de energía, como la electricidad.

• Es un combustible peligroso. Hay que desarrollar e implantar la normativa necesaria para el uso seguro del hidrógeno en todo tipo de aplicaciones.

• Dificultad de producir grandes cantidades de hidrógeno de forma eficiente y a precios razonables usando energías no fósiles.

Page 24: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• Alto coste de almacenamiento y suministro.

• Corta vida útil de las pilas de combustible.

• Sensibilidad hacia los venenos catalíticos (SOx, CO...) que provocan la inactivación irreversible de las pilas de combustible.

• Impacto ambiental negativo de los “vertidos de hidrógeno”:

• Se estima que entre el 10% y el 20% del total de hidrógeno generado, almacenado y usado en las células de combustible, escaparía a la atmósfera. Se movería hacia la estratosfera, donde provocaría:

• Aumento de la presencia de agua sólida en la estratosfera, que interfiere en la química del ozono favoreciendo los procesos que destruyen el ozono.

• A la vez, al combinarse el hidrógeno con el oxígeno atómico, disminución de los procesos que forman ozono.

Motor Hidrostático

En las transmisiones hidrostáticas en estos últimos años han adquirido una gran importancia tanto para el desarrollo industrial como para el desarrollo de maquinarias agrícolas , forestales debido a su gran potencia que pueden llegar a adquirir hasta un margen de 6000 psi, y además de tener un bajo costo de manutención .

Además se pueden utilizar como medio para accionar otras maquinarias debido a que se pueden acoplar en las maquinarias e, estas TH transforman la energía hidráulica en energía mecánica.

¿Que es una transmisión hidrostática?Una transmisión hidrostática en primer lugar está constituida por:1.- una bomba hidráulica (elemento primario) que transforma en energía hidráulica la energía mecánica o eléctrica que le es transmitida.2.- Un motor hidráulico (elemento secundario) que convierte la energía hidráulica en energía mecánica3.- Y por último un cierto número de componentes.

Page 25: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

1- Motor eléctrico

2- Bomba hidráulica

3- Motor hidráulico

Una transmisión hidrostática es una transmisión que permite obtener una variación continua de la velocidad en los dos sentidos de rotación.

Una transmisión hidrostática puede ser del tipo de:

Circuito abierto

Circuito cerrado

Circuito semi-serrado

Circuito abierto

En un circuito abierto la bomba, (elemento primario) impulsa al aceite de un depósito y lo dirige hacia el elemento secundario (motor), el cual devuelve el aceite hacia el depósito, después de haber recibido la energía hidráulica, y así vuelve a comenzar el ciclo.

Si el eje hidráulico está constituido por un elemento primario con un solo sentido de flujo y por un elemento secundario con un solo sentido de rotación, es también frecuente encontrar circuitos abiertos compuesto de la siguiente forma:

Page 26: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Una bomba de caudal constante, con un solo sentido de flujo;

Un motor con dos sentidos de rotación

B- Una bomba de caudal variable, con un solo sentido de flujo

- Un motor con dos sentidos de rotación.

Para obtener dos sentidos de rotación al nivel del elemento secundario, es necesario disponer de un distribuidor bi-direccional.

Circuito cerrado

En un circuito cerrado, la bomba impulsa o dirige aceite hacia el motor, pero, en este caso, el aceite expulsado por el motor regresa directamente a la entrada de la bomba, volviendo a comenzar el ciclo.

El aceite para restituir las fugas del circuito cerrado se alimenta en el lado de baja presión del circuito a través de una línea que viene del depósito.

Las transmisiones de circuitos cerrados pueden ser proyectadas con bombas y motores fijos o variables incluyendo cualquier combinación.

El circuito cerrado ofrece ventajas innegables y muy especialmente, cuando está equipado con un elemento primario de caudal variable, lo que ocurre prácticamente siempre:

Variación continúa de la velocidad en los dos sentidos de rotación del motor;

Regulación de la aceleración y de la desaceleración;

Control de las fuerzas de pares positivos o negativos al nivel del motor;

Posibilidad de obtener regímenes de rotación más importantes en las bombas;

Pequeño volumen de aceite del depósito.

Circuito semi-cerrado

Este circuito se utiliza especialmente para el mando de un cilindro de vástago simple, por mediación de un elemento primario de caudal variable.

Es evidente que con un circuito cerrado sería posible efectuar el mando de un cilindro de vástago doble, en estas condiciones dado que la cantidad de fluido que entra en este tipo de cilindro es igual a la que sale del mismo.

Elección de una transmisión hidrostática

Antes que todo, el diseñador debe definir el tipo de circuito que ha de realizar:

- Circuito abierto,

Circuito cerrado,

Page 27: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Circuito semi-cerrado

Principio de Funcionamiento

• El sistema emula el funcionamiento de un motor de explosión• El fluido hidráulico suple la fuerza de la explosión usando la gravedad

Aplicaciones

• Trasmisiones Hidrostáticas• Motorización de maquinarias

Mandos y regulaciones

Estos mandos y regulaciones se acoplan a las bombas de caudal variable y que permiten jugar con su caudal de salid, modificando por turno su cilindrada.

Mandos principales:

Mandos mecánicos

Mandos eléctricos

Page 28: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Mandos hidráulicos

Principales sistemas de regulaciones:

Regulación con presión constante

Regulación con potencia constante

Regulación con suma de potencia

Page 29: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Emisiones.

• Los motores hidrostáticos al no necesitar de algún tipo de combustión no presentan ningún tipo de emisiones por tratarse de motores que funcionan por la fuerza del fluido.

• En cuanto a las transmisiones hidrostáticas como son elementos que como su nombre lo dice transmiten movimiento, no requieren de ningún tipo de combustión por lo tanto tampoco presentan emisiones.

Ventajas de las trasmisiones hidrostáticas

Estas requieren de un bajo acondicionamiento volumétrico

El volumen del estanque es pequeño, ya que este se determina por el caudal de la bomba de carga, si el volumen máximo de la carga es de 10 galones por minuto implica tener un volumen de un estanque de 100 litros

Bajo costo de mantenimiento

Estas transmisiones hidrostáticas presentan bajas perdidas de carga

Desventajas

Se requiere de una alta potencia instalada para empresas de mediana capacidad

El costo de reemplazo de un componente llamado bomba o motor es muy alto.

MOTOR A AIRE COMPRIMIDO

• La fuerza propulsora se obtiene de la expansión del aire comprimido introducido en el cilindro, el cual impulsa los pistones que crean el tiempo del motor. Por ello se introduce el aire ambiente al cilindro el cual lo comprime a 20 bares y por tanto aumenta su temperatura a 400 ºC.

En resumen el motor de aire comprimido de MDI tiene tres fases: la compresión, la de inyección del aire comprimido y la de expansión

Page 30: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• Fieles a la política de disminuir el consumo de combustible y el nivel de contaminación ambiental, la industria automotriz apunta a la creación de nuevas tecnologías que hagan frente a ese problema.

Con la base del principio de compresión de aire se ha creado una nueva forma de propulsión mucho más económica para los tiempos actuales, que ya hace algunos años se está desarrollando por la firma MDI que corresponden con la denominación Moteur Developpement International, radicada en Luxemburgo El grupo MDI está dirigido por el Sr. Guy Nègre, quien fundó la compañía en los años 90 en busca de cumplir su sueño de desarrollar un motor que sólo use aire comprimido como combustible, la última tecnología en el desarrollo sostenible para el medio ambiente. El motor es eficiente, rentable y capaz de otros usos como generadores eléctricos.

Características generales del motor

El funcionamiento de este propulsor parece a primera vista sencillo. El motor tiene cilindros, pistones, bielas y todo lo que puede esperarse de una mecánica convencional. Lo que entra en la cámara del cilindro es la novedad. Y entra aire comprimido procedente de grandes depósitos. La fuerza de expansión del aire comprimido mueve el pistón dentro del cilindro y con ello se consigue la propulsión.

Page 31: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Funcionamiento motor MDI

• El primer pistón (1) aspira y comprime el aire del exterior.• Éste aire se traslada a la cámara esférica (2) donde se inyecta aire a alta presión de el

deposito.• La expansión de la mezcla de aire exterior + aire comprimido empuja un pistón (3) que entrega

la energía al vehículo

• Su volante-motor está equipado con un motor-alternador eléctrico de 5 kW. Este motor es simultáneamente:

• el motor del grupo en modo compresor• el motor de arranque• el alternador para la recarga de la batería • un moderador/freno eléctrico• una aportación momentánea de energía (p. ej. para aparcar).

No lleva embrague, el motor no funciona cuando el coche está parado y el arranque se hace sobre el plato magnético para reactivar el grupo de aire comprimido. Las maniobras de aparcamiento pueden efectuarse sobre el motor eléctrico.

Page 32: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

El ciclo motor MDI

A - FASE DE COMPRESIÓN:En el motor, el aire ambiental se comprime a 20 bares por el pistón y se transforma en aire caliente a 400 ºC.B - FASE DE INYECCIÓN DEL AIRE En el momento en el que se para el pistón, se inyecta en la cámara que contiene aire caliente una cantidad de aire comprimido a temperatura ambiental que proviene de las bombonas.C - FASE DE EXPANSIÓN Esta inyección de aire produce un aumento de la presión, el cual empuja el pistón y acciona el motor.

Ventajas

• Expulsa el aire más limpio de cómo entro a baja temperatura.• El sistema de climatización aprovecha el aire frío expulsado para la refrigeración y el calor en la

punta del cilindro de 400 ºC para calentar el circuito de calefacción. • Debido a la ausencia de combustión el cambio de aceite del motor (unos 0,8 litros) debe

realizarse tan sólo cada 50.000 Km.• Movimiento cíclico lento (10 a 60 ciclos por minuto).• Alto torque para volumen mínimo.• El diseño mecánico secuencial del motor es simple y robusto • Este no sufre por los efectos de corrosión de las baterías en climas húmedos o calientes • Tiene bajo costo de manufactura y mantenimiento • Se puede deshacer o reciclar los depósitos de aire comprimido con menos contaminación que

las baterías • El tanque puede ser capaz de rellenarse más a menudo que lo que puede recargarse una

batería • El aire es abundante, económico, transportable, almacenable y, sobre todo, no contaminante. • La tecnología de aire comprimido reduce el costo de producción de vehículos en un 20%,

porque no hay necesidad de construir un sistema de refrigeración, el depósito de combustible, bujías o silenciadores.

• El aire, de por sí, no es inflamable. • El diseño mecánico del motor es simple y robusto. • No sufre el efecto de la corrosión de las baterías en caliente. • Tiene un menor coste de fabricación y de mantenimiento. • Las bombas de aire comprimido, pueden ser eliminadas o recicladas con menos contaminación

que las baterías. • Las bombas de aire comprimido tienen una vida útil más larga que las baterías, puesto que

estas tienen problemas asociados con la degradación a medida que aumenta el número de cargas.

• El depósito puede ser llenado con más frecuencia y en menos tiempo del que se pueden recargar las baterías.

Page 33: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Desventajas

• Las desventajas son poco conocidas por que los vehículos son prototipos o están en etapa de diseño

• Tienen menor eficiencia que un motor a gasolina, tiene prestaciones mucho más reducidas en cuanto a potencia, velocidad máxima y carga.

• En cuanto a la seguridad por ser un auto liviano ocupan materiales no muy resistente a los impactos

• Depósitos de aire comprimido, actualmente de fibra de vidrio.

Campo de aplicación

• Existen diferentes posibilidades: eólica, hidráulica, solar,...Presentamos aquí dos sistemas: eólico e hidráulico.

• El sistema eólico se basa en el uso de molinos en zonas venteadas para comprimir aire directamente con la fuerza del viento, y sin pasar por el uso de motores eléctricos u otros sistemas. Es un método totalmente limpio, cuyo coste depende únicamente de la inversión inicial y del mantenimiento.

Mantenimiento

• Es de muy bajo coste, ya que el cambio de aceite se realiza cada 50.000 kilómetros y las piezas de recambio saldrían de las mismas fábricas donde se hace el coche.

• Por otra parte, el suministro de aire comprimido se realizaría bien en gasolineras, son surtidores especiales que almacenen bajo tierra el producto, o bien con un pequeño compresor que permitiría enchufar el mismo coche a una toma de corriente, con un contador de 5,5 kilowatios.

• En el caso de suministrar la carga en las gasolineras el repostaje se realizaría en tres o cuatro minutos.

Motor a alcohol

• Alcohol es un excelente combustible para motores de combustión interna, y es posible producirlo de muchas formas, incluyendo biomasa renovable.

• • Ethyl alcohol o etanol se produce principalmente por fermentación de biomasa, principalmente maíz y caña de azúcar. Metanol es producido más económicamente a partir de gas natural, y también se obtiene de carbón o madera.

• • Etanol es, en muchos sentidos, un combustible superior, sin embargo es más caro producirlo al compararlo con metano.

Page 34: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Cuadro comparativo

Metanol (CH3OH)

• Una de sus principales ventajas es que puede ser producido a partir de recursos abundantes tales como gas natural, carbón e incluso madera.

• • Una mezcla de 85% metanol y 15% gasolina (M85) es un combustible con el cual los fabricantes de vehículos pueden adaptar sus motores con cambios menores.

• • Flexible Fuel Vehicles (FFVs) pueden operar con gasolina o mezclas de gasolina/metanol. FFVs ofrecen a los usuarios un vehículo familiar, con combustible líquido, y un desempeño similar o incluso mejor que aquellos dedicados exclusivamente a gasolina.

• • Sus principales desventajas son la baja densidad de energía (cercana a la mitad de la gasolina), llama invisible en M100, dificultades de partida en frío, mayores emisiones de formaldehídos, y la posibilidad que su producción se mantenga unida a los actuales países exportadores de petróleo.

• • Además, metanol es tóxico y corrosivo. Su derramamiento puede producir daños a la ropa, calzado o pintura de automóviles y el contacto prolongado con la piel podría resultar en envenenamiento.

• • Metanol se utiliza generalmente en mezclas de 85% metanol y 15% gasolina, pero su uso es limitado.

• • Existe la posibilidad de utilizar metanol como combustible en celdas de combustible, pero la industria automotriz parece estar optando por hidrogeno (producido a partir de gas natural) o gasolina.

• • El eventual desarrollo de celdas de combustible que conviertan metanol directamente en electricidad podría hacer su uso una opción más atractiva.

• • La utilización de metanol para celdas tiene desventajas relacionadas con el establecimiento de una infraestructura para abastecimiento, combinado con preocupaciones de salud y seguridad.

Page 35: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Emisiones asociadas

• • En general, un motor de metanol produce menores emisiones nocivas de escape que un motor a gasolina comparable.

• • Metanol tiene una baja temperatura de combustión de llama, produciendo menores emisiones de NOx (aprox. La mitad que gasolina)

• • Es un combustible de baja volatibilidad (produciendo bajas emisiones evaporativas)• • Sus emisiones de COV tienen baja reactividad fotoquímica (tendencia a producir smog), ya

que gran parte corresponden a metano (CH4)

• Metanol casi no contiene azufre, por lo tanto genera bajas emisiones sulfurosas y no emite humo negro al operar en mezcla rica.

• Las emisiones de CO son similares que en gasolina, pero metanol permite incursiones más pobres de mezcla, bajando la tasa de formación de CO.

• La emisión de aldehídos es mayor que en motores a gasolina Experimentos con mezclas metanol/gasolina indican que las emisiones de aldehídos aumentan en forma lineal con la cantidad de metanol en la mezcla. Formaldehído corresponde a cerca del 98% de las emisiones totales de aldehídos en un motor a metanol. Como comparación, solo un 31 a 54% de los aldehídos totales producidos por vehículos gasolineros son formaldehídos. Formaldehído es un constituyente del smog y es también responsable de la irritación ocular. Sistemas de tratamiento pueden reducir este compuesto con eficiencias de hasta 90%.

• Emisiones de benzeno son menores que las asociadas a motores con gasolina.• Comparado con diesel, metanol ofrece menores emisiones de NOx y partículas, mientras que

las emisiones de NMOG, CO y formaldehído son mayores (pero pueden ser controladas con dispositivos de post-tratamiento).

Motores alimentados con metanol

• • Metanol es ideal para ser usado en motores de combustión interna de ciclo Otto.• • Entre los problemas asociados a la utilización de metanol en vehículos corrientes están:• – Dificultades de partida en frío• – Problemas de contaminación de aceite lubricante• – Mayor desgaste de motor• – Incompatibilidad de ciertos materiales debido a las características corrosivas del metanol

Etanol (C2H5OH)

• • Como combustible, su densidad energética por unidad de volumen es un poco menor que 2/3 de la que ofrece la gasolina. Esto implica que un tanque de etanol debe tener 1,5 veces el volumen de un tanque de gasolina para generar la misma autonomía.

• • Esta desventaja es disminuida si el vehículo es diseñado y ajustado para aprovechar el mayor índice de octano de etanol puro (109 vs 90-100).

• • Comparado con metanol, etanol ofrece mejor densidad energética, pero tiene mayores problemas de partida en frío.

Page 36: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• En la actualidad, el principal foco de la producción de etanol es en reemplazo de MTBE en gasolina reformulada y oxigenada.

• • En EEUU, casi la mitad del uso de etanol como combustible (600 millones de barriles de un total de 1.3 billones) es como un mejorador de octanaje en mezclas de 10% con gasolina.

• • Otro mercado potencial para etanol es usarlo como mezcla con diesel para reducir emisiones de material particulado. Se han propuesto mezclas de 10-15%.

• • Etanol también puede ser usado como combustible para vehículos con celdas de combustible. DaimlerChrysler cree que un combustible líquido como etanol es la única opción para vehículos con celdas de combustible, otorgando una autonomía de 200 millas por carga.

Producción y utilización

• • La experiencia más extensa con motores de etanol se presenta en Brasil. En 1985, los vehículos impulsados con combustibles de base alcohol alcanzaron 92% de las ventas anuales. Sin embargo, la baja de precio de los derivados del petróleo y el alza del precio de azúcar hizo este negocio muy poco rentable. Las ventas de vehículos nuevos con base alcohol han bajado a solo un 1% en el 2002.

• • No obstante, la gasolina de Brasil contienen 22% de bioetanol.• • Sin considerar la amplia disponibilidad de biomasa y territorio agrícola disponible en Brasil,

este programa depende de un importante subsidio para su viabilidad, y no puede ser considerado como éxito en un sentido económico amplio.

Materias primas• Caña de azúcar.• Girasol• Palma • Soya

Gas Natural

• Gas natural (GN) es el combustible alternativo con mayor crecimiento en la década pasada en el sector transporte

• • Esto se debe a que ofrece un precio competitivo, buenos niveles de emisión, un amplio apoyo de la industria de gas natural y es un recurso fósil abundante

• • No obstante, aún enfrenta varios desafíos importantes para su implementación en gran escala (costos, volúmenes de producción limitados, almacenamiento/autonomía, distribución y llenado de tanques, y mejores niveles de emisión de combustibles convencionales)

• • Mirando al futuro, gas natural parece ser el recurso preferido para producir el hidrógeno que sería utilizado por las celdas de combustible

• El uso de GN en aplicaciones vehiculares se remonta al año 1930

Page 37: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• • A nivel mundial, existen cerca de un millón de vehículos que utilizan gas natural (otras fuentes indican 2,5 millones, www.naturalgas.org)

• • Aproximadamente 130.000 vehículos en EEUU, 36.000 en Canadá, 300.000 en Italia, 400.000 en Argentina y 5.117 en Chile (www.gnv.cl)

• • Aproximadamente el 3% del GN consumido en EEUU se usa en el sector transporte. La participación total del GN como combustible en EEUU es de un 24%

• • El método preferido de utilización es gas natural comprimido (CNG), con lo cual se mejora la autonomía, acercándose a los combustibles líquidos convencionales en el caso de vehículos livianos

• • En vehículos pesados se considera el uso de gas natural licuado (LNG) como alternativa al CNG

• • También existe un método de almacenamiento por adsorción (ANG), por asimilación de metano a baja presión en materiales como carbón activado.

• El GN se encuentra en forma natural en la Tierra y se obtiene de pozos, estando su explotación asociada a la extracción de petróleo

• • La composición del GN varía según su origen, siendo en gran parte metano, dióxido de carbono, nitrógeno, y pequeñas cantidades de hidrógeno y helio

Page 38: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• • Existe una amplia red de infraestructura para la extracción, transporte, almacenamiento y distribución del GN, la cual está incluso siendo subutilizada

ESTABLECE REQUISITOS PARA EL EMPLEO DE GAS NATURAL COMPRIMIDO COMO COMBUSTIBLE EN VEHÍCULOS QUE INDICA

(Publicado en el Diario Oficial de 23 de abril de 1998)

Núm. 55.- Santiago, 24 de marzo de 1998.

Modificaciones incorporadas: D.S. 126/98; D.S. 131/2000; D.S. 85/2001

VISTO: Las leyes Nº 18.502, 18.059, 18.290 artículo 56 y 18.696 artículos 3º y 4º, el D.S. Nº 156/90 del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones.

D E C R E T O:

Artículo 1º.- Los vehículos motorizados livianos y medianos, definidos en los decretos supremos Nºs 211/91 y 54/94 respectivamente, ambos del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes, estarán autorizados para emplear Gas Natural Comprimido (GNC) o Gas Licuado de Petróleo (GLP) (1) como combustible, si el modelo respectivo homologado en los aspectos de emisiones y constructivos conforme al D.S. Nº 54/97 del mismo Ministerio, acredita haber sido aprobado para el uso de dicho combustible, según corresponda. (2)En el caso de modelos de vehículos diseñados o adaptados, para emplear indistintamente GNC, GLP (3) u otro combustible, el proceso de homologación a que se refiere el inciso anterior deberá cumplirse para cada uno de los combustibles que utilice. Artículo 1º bis.- Autorizase la circulación de vehículos motorizados livianos que presten servicio de taxi y comerciales livianos y medianos, definidos por los decretos supremos Nºs. 221, de 1991 y 54, de 1994, del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, cuyos motores hayan sido adaptados para usar gas natural comprimido (GNC) como combustible, siempre que su antigüedad no exceda de dos años contados desde la fecha de su primera inscripción en el Registro de Vehículos Motorizados y, en que su adaptación para el modelo o tipo de vehículo de que se trate, haya sido certificada por el Centro de Control y Certificación Vehicular (·CV) del mismo Ministerio, en un vehículo nuevo. Respecto de cada vehículo en particular, deberá certificarse en las plantas de revisión técnica, del decreto supremo Nº 156/90 (MTT), que disponga de equipos automáticos de medición, de control

1 ) Expresión “ o Gas Licuado de Petróleo (GLP)” agregada de acuerdo a Nº 1 del Decreto Supremo Nº 126, de 20 de mayo de 1998 del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes, publicado en el Diario Oficial de 18 de agosto de 1998.

2 ) Expresión “según corresponda” agregada como aparece en el texto, por el Nº 1 del Decreto Supremo Nº 126, de 20 de mayo de 1998 del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes, publicado en el Diario Oficial de 18 de agosto de 1998.

3 ) Abreviatura “GLP” intercalada de acuerdo a Nº 2 del Decreto Supremo Nº 126, de 20 de mayo de 1998 del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes, publicado en el Diario Oficial de 18 de agosto de 1998.

Page 39: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

centralizado de información y de emisión de certificados, que su adaptación especial para GNC corresponde a aquella que fue certificada en el 3CV.Los vehículos de antigüedad de más de dos y hasta cinco años, que se pretenda adaptar para el uso del GNC, además de lo anterior, deberán ser previamente revisados en las plantas antes referidas respecto a sus condiciones de seguridad para soportar dicha adecuación.El Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones establecerá las demás condiciones, requisitos o procedimientos que la aplicación de las normas anteriores haga necesario, incluida la responsabilidad por la certificación de las transformaciones en vehículos individuales. (4 ) Autorizase, además, la circulación de vehículos livianos de pasajeros, comerciales livianos y medianos, diseñados y construidos de fábrica para operar con gas natural comprimido (GNC) o gas licuado de petróleo (GLP) siempre que cumplan con las normas de emisión señaladas en los decretos supremos 211/91 y 54/94, del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, según corresponda, y los requisitos de seguridad de las instalaciones que les sean aplicables. (5)

Artículo 2º.- Sin embargo, no se aplicará la exigencia del artículo anterior tratándose de los vehículos antes mencionados y de los pesados, de proyectos experimentales, los que excepcionalmente podrán ser autorizados, por un lapso determinado, mediante resolución del Secretario Regional Ministerial de Transportes y Telecomunicaciones, competente en la región donde circularán los vehículos, siempre que no amenace o afecten el cumplimiento de la política de tránsito en la región y se acredite que cumplen con los aspectos de seguridad que se indican a continuación.Para el efecto anterior, la persona interesada en el proyecto deberá presentar los siguientes datos y antecedentes:

a) Nómina de vehículos y de sus propietarios, con indicación de sus datos identificatorios.b) Certificado otorgado por el Centro de Control y Certificación Vehicular del Ministerio de Transportes

y Telecomunicaciones, que acredite que los vehículos comprendidos en la nómina anterior cumplen con los requisitos generales de seguridad y los dispuestos por las normas chilenas NCh 2102 Of.87 y 2109. Of.87 respectivamente, o las que reemplacen, de las que podrán excluirse los señalados en los puntos 4.4 y 5.3, según corresponda a la primera o a la segunda de las Normas Chilenas citadas. (6)

Artículo 3º.- Los vehículos que utilicen GNC o GLP (7) en contravención a las condiciones de seguridad antes señaladas serán retirados de la circulación y puestos a disposición del Tribunal competente en los locales Municipales a que se refiere el artículo 98 de la ley Nº 18.290, de Tránsito.

4) Artículo 1º bis, agregado por el Nº 1 del Decreto Supremo Nº 131 de 16 de junio de 2000, del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes, publicado en el Diario Oficial de 25 de julio de 2000. En el Nº 3 del mismo decreto, se establece que regirá desde la fecha de publicación de la resolución que se dicte de acuerdo al inciso final del Nº 1 bis.5) Inciso final agregado de acuerdo al artículo único del D.S. Nº85, de 30 de agosto de 2001, publicado en el Diario Oficial el 6 de octubre de 2001: 6 ) Letra b) sustituida como aparece en el texto, por el Nº 3 del Decreto Supremo Nº 126, de 20 de mayo de 1998 del

Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes, publicado en el Diario Oficial de 18 de agosto de 1998.

7 ) Frase “Los vehículos que utilicen GNC” sustituida por “Los vehículos que utilicen GNC o GLP” de acuerdo a Nº 4 del Decreto Supremo Nº 126, de 20 de mayo de 1998 del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes, publicado en el Diario Oficial de 18 de agosto de 1998.

Page 40: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Artículo 4º.- El presente decreto no se aplicará en la XII Región, en tanto subsistan Plantas Revisoras Clase A autorizadas al amparo de la ley Nº 18.290 de Tránsito, en que el uso de GNC como combusti -ble de vehículos motorizados se rige por los D.S. Nºs 51 y 52, ambos de 1987, del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones. (8)

NOTA 1:El Decreto Supremo 126 no se aplicará en las XII Región, en tanto subsistan Plantas Revisoras Clase A, autorizadas al amparo de la ley Nº18.290 de Tránsito, en que el uso de GNC y GLP como combustible de vehículos motorizados se rige por los Decretos Supremos Nos. 51 y 52, ambos de 1987 del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Subsecretaría de Transportes.

Anótese, tómese razón y publíquese. EDUARDO FREI RUIZ-TAGLE, Presidente de la República. Claudio Hohmann Barrientos, Ministro de Transportes y Telecomunicaciones.

Gas Licuado de Petróleo

• • Gas licuado de petróleo (GLP o LPG) consiste de varios compuestos químicos, principalmente butano (C4H10) y propano (C3H8)

• • Otros hidrocarburos como el Propeno (C3H6), el isobutano (metilpropano), butenos (C4H8) y en menor cantidad etano (C2H6), también son encontrados en el GLP

• • GLP es un gas a temperatura ambiente pero cambia a estado líquido al ser comprimido a 200 psi

• • GLP es ampliamente utilizado para uso doméstico, residencial e industrial, y en menor medida como combustible vehicular

• • En motores de ciclo Otto es preferible usar gas propano debido a su menor punto de ebullición y mayor índice de octano

• • Ambos compuestos tienen bajo contenido de azufre y aromáticos, generando bajas emisiones

• • GLP es ampliamente utilizado en Japón y Europa (Italia y Holanda). EN EEUU hay más de 350.000 vehículos que utilizan este combustible y se estima que existen sobre 4 millones a nivel mundial

• El petróleo licuado, o gas LP, es uno de los combustibles alternativos más comunes usados hoy en día. De hecho en muchos sitios, ni siquiera es un combustible alternativo, ya que se usa de forma exclusiva en la India y algunas zonas rurales de Estados Unidos para calentarse y

8

Page 41: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

cocinar. Cuando estás cocinando en un campamento o en el jardín, si lo tienes, usando un grill de gas o un hornillo de campamento, estás usando una forma de petróleo licuado.

• Conocido por su eficiencia y versatilidad, se está viendo cada vez más en el mundo como una fuente de energía atractiva, sobre todo para la gente que está harta de las altas facturas por el gasto de las energías tradicionales.

• Hay dos tipos de gases que se pueden almacenar en forma líquida con una moderada presurización. El isobutano, el cual tiene la misma fórmula química que el butano pero con una estructura química diferente, es también usada. Normalmente, el butano y el isobutano se mezclan con propano en varias proporciones, dependiendo el uso que se quiera dar al combustible.

• Propano – Es particularmente útil como un combustible transportable porque su punto de ebullición es de -42 grados centígrados. Esto significa que a temperaturas muy bajas, se vaporizará tan pronto como sea liberado del contenedor presurizado. El resultado es un combustible de quemado limpio que no requiere mucho equipamiento para vaporizarlo y mezclarlo con el aire.

• Butano – Su punto de ebullición es aproximadamente de -0.6 C, lo cual significa que no se vaporizará en temperaturas muy frías. Esta es la razón de que el butano tenga usuarios más limitados y se mezcle con el propano en lugar de usarse por sí mismo.

• EL gas LP es un gas derivado de fósiles, como el gas natural o el petróleo. Se puede refinar de estos dos componentes de la misma manera que la gasolina. Mientras que la mayoría de las compañías no están enfocadas a es te tipo de combustible, no obstante los producen porque son un bioproducto en el proceso de refinamiento para otros combustibles.

• Cuando una compañía saca gas natural del suelo, un noventa por ciento es metano. El resto viene en forma de varios gases LP, los cuales la compañía separa del metano antes de que se use para los hogares. La cantidad de petróleo licuado que viene del gas natural varias, pero usualmente es del 1 al 3 por ciento.

• Los gases LP son separados del petróleo también, como ya se ha mencionado. El proceso de refinado produce un 3 por ciento de este tipo de gas, aunque dependiendo del método utilizado, puede aumentar considerablemente.

• EL petróleo licuado es fácil y seguro de almacenar, lo cual lo hace ideal para ser transportado. Ha sido utilizado para muchas aplicaciones diferentes, algunas que seguramente has utilizado sin ser consiente. Como se ha comentado al principio, si has utilizado material de campamento como lumi gas o camping gas, hay posibilidades de que contuviera gas LP

• El proceso de convertir un coche para que funcione con propano requiere un buen conocimiento del sistema general del vehículo. Varias compañías ofrece kits ya preparados que incluyen las partes para hacer la conversión. Se debería siempre llevar a manos expertas para que el trabajo se realice correctamente. Aunque el propano es bastante seguro, si se hace mal puede haber problemas de seguridad.

• El primer paso es elegir un depósito. Muchas conversiones son duales, lo que significa que no cambiarás el viejo sistema, sino que estarás añadiendo uno nuevo. Como resultado, se estará ocupando algo de espacio del coche, usualmente en el maletero. Los depósitos vienen en forma de torpedo o de “donuts”. Los de tipo torpedo son los que ocupan más espacio, aunque tiene más capacidad.

Page 42: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• Una vez que el depósito esté puesto, se debe integrar un punto de llenado en el cuerpo del coche, normalmente al lado del existente para la gasolina, o en el maletero. El sitio ideal es un lugar donde se requiera un mínimo espacio para los tubos. Los tubos de combustible están hechos de cobre, lo cual ofrece cierta flexibilidad cuando las líneas son direccionadas. El depósito debe ser conectado al punto de llenado, y las líneas deben ir por debajo del vehículo hasta el motor.

• Se debe instalar una válvula solenoide en las líneas de combustible entre el depósito y el motor. La válvula corta el fluido de gas LP cuando el coche está funcionando con gasolina y cuando el motor está parado. También dispone de un filtro que remueve cualquier suciedad que viene con el combustible.

• El siguiente componente se llama regulador, también referido como vaporizador. Este dispositivo hace la tarea de lo que realiza el carburador en gasolina – usa el calor del sistema de refrigerado del coche para vaporizar el propano en la forma de gas. Como medida de seguridad, incluye un circuito electrónico que corta el fluido de gas si el motor se para o se queda bloqueado. El regulador suele ser más pequeño que un carburador normal, por lo que encontrar espacio para el no suele ser problema.

• La otra parte que hace la función de carburador, es el mezclador. Lo que hace es recoger información de los sensores del coche, y controla la cantidad de gas que fluye por los cilindros.

• El sistema tiene que ser cableado al sistema eléctrico, permitiendo un funcionamiento normal, como también una adecuada conmutación entre el propano y la gasolina.

GLP en aplicaciones vehiculares

• Alrededor del 5% del total de GLP producido en el mundo es utilizado por el sector transporte. Más de 10 millones de toneladas fueron consumidas para uso automotriz durante 1998 en un parque mundial estimado en 4.677.580 vehículos

• • La tabla muestra el consumo, número de vehículos y número de estaciones surtidoras de GLP (estadísticas año 1998) en los principales países donde se utiliza este combustible para uso automotriz

• Relación estequiométrica 15.5:1• El poder calorífico de los mismos es muy elevado, bajo en volumen, de una reserva de energía

alta. • Son olorizados, lo que permite fácilmente detectar un escape

No contienen óxidos de carbono y en consecuencia no son tóxicos. • Necesitan de aire para su combustión, 13 m3 de aire para la combustión de un kg. de gas. • No son corrosivos. • Pasan al estado líquido cuando están sometidos a una presión relativamente baja.

• Son almacenados y transportados en estado líquido. Con un pequeño volumen se dispone de

gran energía. 1 garrafa de 10kg. corresponde a 120.000 Kcal. 1 cilindro de 45kg. corresponde a 540000 Kcal

Page 43: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Un kilogramo de Propano equivale:

• 14 KWH de electricidad • 1,21 m3 de gas natural • 1,41 litros de petróleo • 1,7 litros de gasolina • 3 a 6 kilogramos de leña

Riesgos del G. L. P. (Riesgos de muerte)

• Asfixia:• Al liberarse el G. L. P. en un espacio cerrado o con deficiente ventilación, se acumulará en• el recinto, desplazando el aire, lo que puede causar la asfixia por falta de oxígeno de los• ocupantes del lugar. El olor del mercaptano procura advertir oportunamente este riesgo.• Otra causa posible de asfixia radica en la combustión de G. L. P., durante la cual se consume• el oxígeno del aire, lo que puede producir una deficiencia de este vital gas, no permitiendo• respirar adecuadamente.

Propano

• La mayor cantidad de los sistemas impulsados con propano en vehículos livianos han sido del tipo de control mecánico que mezcla propano en proporción a la cantidad de aire usado por el vehículo. Dada la complejidad de los sistemas actuales de alimentación de combustible y las exigentes regulaciones de emisión, es dudoso que los sistemas de conversión tengan mucho futuro.

• • Conversiones de propano con inyección tienen mayor posibilidad de éxito, pero su mayor precio impide que se generen ventas masivas.

• • Se ha propuesto usar propano como combustible para celdas, pero al compararlo con gasolina u otros combustibles líquidos similares, siempre sobresale el hidrogeno producido a partir de gas natural como la mejor opción para celdas de combustible.

Producción y emisiones

• El GLP se obtiene principalmente del proceso de depuración del GN y también durante la refinación de crudo

• • Sus emisiones dependen fuertemente de la formulación del gas, las condiciones de utilización, y el sistema vehicular

• • Bajo óptimas condiciones se obtienen ventajas ambientales en CO, HC, NOx y MP. Sin embargo, la aplicación más general es con vehículos convertidos donde las ventajas disminuyen

Page 44: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• • El consumo actual de GLP en el mundo, para diferentes usos, supera las 180 millones de toneladas año, concentrándose la producción en Norteamérica, Medio Oriente y Europa Occidental

  

Turbinas

Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.

Page 45: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

En la fase de compresión se utilizan los llamados compresores axiales que se encargan de comprimir grandes volúmenes de aire a una presión que oscila entre 4 y 32 atmósferas. Una vez que el aire es comprimido, es introducido en las llamadas cámaras de combustión donde se quema el combustible de una forma continua. El aire a alta presión y temperatura se lleva a la turbina y allí se expande con la finalidad de mover el compresor, con un funcionamiento similar al del turbocompresor de los automóviles. Más tarde el aire pasa por una tobera, lugar en el cual es acelerado hasta la presión de salida, proceso que se encarga de transformar a la presión en velocidad.En dicho tipo de motores la fuerza de empuje se obtiene por la cantidad de movimiento. Lanza grandes volúmenes de aire hacia atrasa mucha velocidad produciéndose una reacción que impulsa la aeronave en dirección contraria, es decir, hacia delante.Hay excepciones, por ejemplo en los aviones militares el empuje proviene de los gases de escape, y en los aviones comerciales una parte del aire es absorbida en los alabes desviado por los costales de la turbina, de manera que genera parte del empuje de forma similar a una avión con turbohélice. Actualmente se puede decir que estos motores alcanzan empujes de hasta 50 toneladas.

Page 46: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Usos

Page 47: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Sistema de lubricación.

Page 48: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Motor de combustión externa

El carbón es un combustible sólido y no líquido como los derivados del petróleo que utilizamos actualmente. Intentar dividirlo finamente para mezclarlo con el aire es posible pero difícil y costoso. La alternativa era que ardiese lentamente lo que era mucho más seguro y fácil. Muy bueno para producir calor pero no para realizar un trabajo

La forma correcta de resolver este desafío fue dividirlo en dos. Separar por un lado la producción de calor y por otro la producción del movimiento. Un combustible sólido como carbón o madera ardían y calentaban agua hasta formar vapor. Y este vapor, ya como fluido, podía realizar un trabajo. Esta separación entre la fuente de calor y el fluido que realiza el movimiento es lo que caracteriza a los motores de combustión externa.

Una vez entendido este principio hay varias formas de llevarlo a la práctica. El primero fueron las máquinas de vapor y el Titanic utilizaba uno de los motores de vapor más avanzados que jamás se hayan construido. Se trataba de motores de pistones de triple expansión. Básicamente, el agua se calentaba para producir vapor a alta presión en varias calderas. Este vapor se inyectaba en sucesivos pistones de alta, media y baja presión donde se producía el movimiento.

Estos motores eran lo mejor de la ingeniería de su tiempo pero dentro del propio Titanic se encontraba el embrión de una tecnología que los dejaría obsoletos. El vapor que salía de los cilindros era aprovechado, por cuarta y última vez, en una turbina. Era un sistema más sencillo donde la presión del vapor impulsaba unos alabes que hacían girar el eje. Turbinas de vapor como éstas fueron evolucionando hasta sustituir a los motores de pistones.

Actualmente no vemos motores de este tipo por nuestras calles. Y es que los motores de combustión externa también tienen algunos inconvenientes. Para empezar, necesitan más tiempo para ponerse en marcha ya que es necesario calentar la caldera y el circuito de agua. También suelen ser más grandes, pesados y con una refrigeración mayor y más compleja. A lo largo del siglo XX, estos problemas los fueron apartando gradualmente de cualquier aplicación relacionada con el transporte. Los famosos Liberty Ships, buques mercantes construidos por centenares durante la segunda guerra mundial, seguían utilizando los viejos pero fiables motores de vapor. Después de esta guerra, el petróleo barato los marginó definitivamente.

Page 49: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Hoy en día, rodeados por buques y automóviles con motores de combustión interna, podría parecer que estamos hablando de una tecnología obsoleta. Pero se trata de un error. Los motores de combustión externa, casi siempre turbinas de vapor, han mantenido un nicho inexpugnable . La mayoría de nuestras centrales eléctricas siguen utilizando carbón, gas o uranio para calentar agua y obtener vapor que mueve sus turbinas y generadores. También son parte del funcionamiento de las centrales de ciclo combinado, las más avanzadas y con mejor rendimiento. Incluso tienen su lugar en instalaciones geotérmicas o centrales solares térmicas.

1-2. Compresión Isotérmica 2-3. Adición de calor a volumen constante (isocórico o isócoro). Qr 3-4. Expansión Isotérmica 4-1. Extracción de calor a volumen constante. Qr

Page 50: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

El ciclo Rankine es un ciclo de planta de fuerza que opera con vapor. Este es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde produce energía cinética, donde perderá presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquido para poder entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poder ingresarlo a la caldera.Existen algunas mejoras al ciclo, como por ejemplo agregar sobrecalentadores a la salida de la caldera que permitan obtener vapor sobrecalentado para que entre a la turbina y aumentar así el rendimiento del ciclo.

Motores eléctricos

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, es decir, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores

Principio de funcionamiento

Los motores de corriente alterna y los motores de corriente directa se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el cual circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético. Éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.Partiendo del hecho que cuando pasa corriente eléctrica por un conductor se produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Cambio de sentido de giro

Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:

Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con relés conmutadores

Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.

Para motores de a.c. es necesario invertir los contactos del par de arranque.

Page 51: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Regulación de velocidad

En los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un equipo electrónico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseño del motor. Esto último es posible en los motores de devanado separado, o los motores de conexión Dahlander pero solo es posible tener un cambio de polaridad limitado ejem: 2 polos y 4.

Page 52: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Ventajas

• A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. • Se pueden construir de cualquier tamaño. • Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. • Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida

que se incrementa la potencia de la máquina).

Page 53: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

SISTEMA DE PROPULSIÓN HÍBRIDA

Es un vehículo de propulsión alternativa que combina un motor movido por energía eléctrica proveniente de baterías y un motor de combustión interna.Posee un aprovechamiento de la energía en un 40% más que un MCIAprovecha la energía cinética de los frenos y la convierte en energía eléctrica mediante los “Frenos regenerativos”, aumentando la autonomía en la función.Existen tres tipos de sistemas propulsión hibrida: Paralelo Combinado Serie.

Funcionamiento

En el caso de híbridos gasolina-eléctricos, cuando el motor de combustión interna funciona, lo hace con su máxima eficiencia. Si se genera más energía de la necesaria, el motor eléctrico se usa como generador y carga las baterías del sistema. En otras situaciones, funciona sólo el motor eléctrico, alimentándose de la energía guardada en la batería. Se dispone un sistema electrónico para determinar qué motor usar y cuándo hacerlo. En algunos es posible recuperar la energía cinética al frenar, que suele disiparse en forma de calor en los frenos, convirtiéndola en energía eléctrica. Este tipo de frenos se suele llamar "regenerativos". La combinación de un motor de combustión operando a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en la ciudad), hace que estos vehículos alcancen mejores rendimientos que los vehículos convencionales.

Page 54: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

• EN EL SISTEMA PARALELOEL MOTOR TÉRMICO ES LA PRINCIPAL FUENTE DE ENERGÍA Y EL MOTOR ELÉCTRICO ACTÚA APORTANDO MÁS POTENCIA AL SISTEMA. EL MOTOR ELÉCTRICO OFRECE SU POTENCIA EN LA SALIDA Y EN LA ACELERACIÓN, CUANDO EL MOTOR TÉRMICO CONSUME MÁS.

EN EL SISTEMA EN SERIEEL VEHÍCULO SE IMPULSA SÓLO CON EL MOTOR ELÉCTRICO, QUE OBTIENE LA ENERGÍA DE UN GENERADOR ALIMENTADO POR EL MOTOR TÉRMICO.

EN EL SISTEMA COMBINADOEL MOTOR ELÉCTRICO FUNCIONA EN SOLITARIO A BAJA VELOCIDAD, MIENTRAS QUE A ALTA VELOCIDAD, EL MOTOR TÉRMICO Y EL ELÉCTRICO TRABAJAN A LA VEZ. EL MOTOR TÉRMICO COMBINA LAS FUNCIONES DE PROPULSIÓN DEL VEHÍCULO Y DE ALIMENTACIÓN DEL GENERADOR, QUE PROVEE DE ENERGÍA AL MOTOR ELÉCTRICO, LO QUE RESTA EFICIENCIA AL SISTEMA.

Page 55: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Elementos característicos

• Sistema de frenos regenerativo: Al desacelerar o frenar, el motor eléctrico actúa como generador, recuperando la energía cinética de las ruedas, convirtiéndola en electricidad que puede ser guardada en la batería. Son requeridos frenos de fricción tradicionales, así como un sistema de control electrónico que permita maximizar la recuperación de energía y pueda operar el sistema dual de frenos. Sistemas comerciales en uso permiten recuperar alrededor de un 30% de la energía cinética típicamente perdida como calor en frenos de fricción. La energía recuperada al freno puede reducir el consumo energético en 15% en conducción en ciudad.

• Generador: Un generador sincrónico de corriente alterna produce la electricidad para cargar las baterías. Funciona también como motor de partida para el motor diesel.

• Motor eléctrico: Un motor sincrónico de corriente alterna, compacto, de bajo peso y alta eficiencia.

• Inversor: El inversor cambia la corriente continua de la batería en corriente alterna para mover el motor eléctrico, y cambia la corriente alterna del generador en corriente continua para cargar la batería. También varía la frecuencia de la corriente, dependiendo de las revoluciones del motor eléctrico para maximizar la eficiencia. El inversor debe ser enfriado por agua.

Divisor de potencia (híbridos en paralelo): El sistema híbrido en paralelo necesita de un divisor de potencia, que utiliza un engrane planetario que distribuye el giro del motor C.I entre la tracción y el generador. Controlando las revoluciones del generador, el divisor funciona también como una transmisión continua y variable.

Page 56: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Baterías: Se utilizan las baterías diseñadas para vehículos eléctricos, requiriendo una alta densidad de energía, peso liviano y una larga vida.

• Ultracapacitores: Se ha desarrollado también la tecnología de ultracapacitores para el almacenamiento de la energía. Al no depender de reacciones químicas (como las baterías) pueden ser cargados y descargados rápidamente. El ultracapacitor entrega la energía almacenada en él, como un pulso eléctrico poderoso. Se encuentran en etapa de desarrollo comercial.

El híbrido según HONDA

La principal diferencia respecto al modelo anterior Civic IMA es que el nuevo puede moverse sólo con el motor eléctrico en funcionamiento (con el térmico apagado) cuando la velocidad es constante y muy baja. Sin embargo, a diferencia del Toyota Prius, el Civic Hybrid siempre comienza la marcha con el motor de gasolina. Para que se mueva exclusivamente impulsado por el motor eléctrico, la velocidad debe estar entre unos 20 y 50 km/h y el conductor no debe acelerar mucho. Cuando funciona con el motor eléctrico a diferencia del Prius el motor térmico no está totalmente parado y este sigue girando merced al motor eléctrico por lo que no provoca la sensación de quietud que da el Prius cuando circula con el motor eléctrico. El resultado de este acople perfecto entre el motor térmico y eléctrico es que el conjunto ha aumentado en eficiencia ya que el motor eléctrico mantiene la estabilidad del térmico y las mejores prestaciones de la mecánica de gasolina.

Page 57: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

Ventajas

No necesitan de carga externa: Al contrario de los autos eléctricos, los híbridos no necesitan una carga externa, por lo que no tienen los problemas de autonomía de los vehículos eléctricos. El único abastecimiento que necesita es combustible, como los vehículos diesel convencionales – pero en una menor cantidad.

Evitan marchas en vacío: Los vehículos híbridos encienden y apagan el MCI según lo requerido. Cuando el vehículo está parado o se encuentra a bajas velocidades, el motor se apaga completamente.

Menores emisiones: La reducción de emisiones, comparado con un vehículo tradicional, es del orden de 90% para Nox, 30% para CO y 100% para material particulado.

Menos ruido que un motor térmico. Más par y más elasticidad que un motor convencional. Respuesta más inmediata. Recuperación de energía en desaceleraciones (en caso de utilizar frenos regenerativos). Mayor autonomía que un eléctrico simple. Mayor suavidad y facilidad de uso. Recarga más rápida que un eléctrico (lo que se tarde en llenar el depósito). Mejor funcionamiento en recorridos cortos. Consumo muy inferior. Un automóvil térmico en frío puede llegar a consumir 20l/100km.

Page 58: Cca Sps 2013

Contenidos Claves de la Asignatura

En recorridos cortos, no hace falta encender el motor térmico, evitando que trabaje en frío, disminuyendo el desgaste.

El motor térmico tiene una potencia más ajustada al uso habitual. No se necesita un motor más potente del necesario por si hace falta esa potencia en algunos momentos, porque el motor eléctrico suple la potencia extra requerida. Esto ayuda además a que el motor no sufra algunos problemas de infrautilización como el picado de bielas.

Instalación eléctrica más potente y versátil. Es muy difícil que se quede sin batería, por dejarse algo encendido. La potencia eléctrica extra también sirve para usar algunos equipamientos, como el aire acondicionado, con el motor térmico parado.

Desventajas

Emisiones: Los híbridos no son vehículos de cero emisión, emiten contaminantes a la atmósfera. Más aún, como la performance de emisiones de un motor de combustión tiende a deteriorarse con el tiempo, las emisiones de contaminantes probablemente aumentaran con la antigüedad del vehículo.

Costo: Los vehículos híbridos, al tener dos sistemas de generación a bordo, son más complejos y costosos de construir.

Baterías: Las baterías están sujetas a altas cargas específicas, que incrementan las pérdidas internas